Pengaruh Bahan Bakar dan Excess O2 Terhadap Effisiensi Boiler

Pengaruh Bahan Bakar dan Excess O2 Terhadap Effisiensi Boiler Ridho Maulana Putra,Aryo Kintamani, Reni Desmiarti, Silvi Octavia Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta Jl. Gajah Mada No.19, Olo Nanggalo Padang-25143 E-mail : aryo_tadi@yahoo.com, rmputra18@gmail.com Abstrak Boiler adalah suatu alat/bejana tertutup yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap (steam) dengan cara pemanasan dari reaksi pembakaran bahan bakar yang berlangsung di dalam ruang bakar. Parameter yang dijadikan tolak ukur kinerja sebuah boiler adalah Steam Quality, Excess Oxygen dan Thermal Efficiency. Seiring dengan berjalannya waktu, ditemukan beberapa permasalahan pada unit boiler dalam menghasilkan steam sebagai bahan pembantu pengangkatan minyak yaitu mendapatkan steam quality sebesar 73-74% dan efisiensi diatas 80% dengan excess oxygen sebesar 0.5-2%. Maka diperlukan komposisi yang tepat antara bahan Bakar dan debit udara untuk menaikkan nilai effisiensi ke titik optimum serta mengetahui pengaruh dari excess oksigen terhadap Effisiensi Boiler dengan melakukan beberapa percobaan variasi nilai debit bahan bakar dan udara (dalam batas operasi), mencatat data parameter dan melakukan analisa data. Kata kunci: Boiler, Excess Oxygen, Thermal Efficiency, Bahan Bakar, debit udara Abstract Boiler is defined as an equipment or an enclosed vessel which used to convert water to vapor (Steam) by Heat from fuel combustion which was held in combustion chamber. The parameters to be a benchmark performance of a boiler is Steam Quality, Excess Oxygen and Thermal Efficiency. As time goes by, some issues was found on the boiler operation in producing steam as an oil enhanced recovery method is to get of 73-74% steam quality and above 80% efficiency with excess oxygen in range 0.5 2%. It seems need to determine the exact Composition of the fuel and combustion air to raise the value of the Optimum point to the efficiency as well as knowing the influences from excess oxygen Efficiency of boilers with doing some variation of the value of the fuel and combustion air based on the limits the value of boiler operation, noting the operating parameter and analyze the data. Keyword: Boiler, Steam Quality, Excess Oxygen, Thermal Efficiency, Fuel, Combustion air 1. Pendahuluan Heavy oil merupakan jenis minyak mentah di lapangan minyak duri adalah berjenis heavy oil, oleh karena itu keberadaan Steam sangat dibutuhkan untuk mempermudah proses pengangkatan minyak. Steam yang dibutuhkan dalam proses pengangkatan minyak dihasilkan oleh boiler. Di lapangan minyak Duri terdapat 2 blok Steam Station, dan 3 blok Central Steam Station untuk menghasilkan steam yang akan didistribusikan melalui jaringan pipa ke

beberapa area yang kemudian diinjeksikan ke dalam perut bumi melalui Injector Well. Untuk kebutuhan operasi Boiler, ada beberapa parameter yang harus dijaga kualitasnya di samping target jumlah produksi steam untuk kebutuhan operasi antara lain steam quality sebesar 73-74%, excess oxygen sebesar 0.5-2%, dan efisiensi di atas 80%. Secara teoritis, excess oxygen yang digunakan akan mempengaruhi jumlah heating value yang dihasilkan oleh boiler. Seiring dengan berjalannya waktu, ditemukan beberapa permasalahan pada unit boiler dalam menghasilkan steam sebagai bahan pembantu pengangkatan minyakdiantaranya. Kesulitan untuk mendapatkan steam quality sebesar 73-74% dan efisiensi diatas 80% dengan excess oxygen sebesar 0.5-2% menjadi permasalahan utama. Usaha dari operator lapangan yang sudah dilakukan saat ini adalah mempertahankan steam quality sebesar 73-74% dengan hanya mengatur jumlah bahan bakar gas yang dikonsumsi tanpa memperhatikan excess oxygen yang dihasilkan. Dari data bulan September dan Oktober 2013, didapatkan rata-rata efisiensi sebesar 77.98 % dengan rata-rata excess oxygen sebesar 2.75 %. 2. Metodologi Penelitian Ada beberapa metode yang dapat digunakan dalam penelitian ini, baik secara langsung maupun tidak langsung.secara langsung, dapat digunakan dengan membandingkan hasil atau tracking data sebelumnya yang dapat dijadikan perbandingan rasio antara bahan bakar, udara, dan parameter lainnya yang diperlukan. Namun dalam penelitian ini, dilakukan dengan percobaan langsung pada alat/boiler di CSS 4B PT CPI, agar mendapatkan hasil data yang lebih akurat dan absah. Pengaturan jumlah atau rasio maksimum penggunaan udara, bahan bakar gas, dan air akan menjadi objek yang diteliti. Dengan menggunakan metoda trial and error dan pengambilan data secara periodik diharapkan akan mendapatkan komposisi yang tepat antara bahan bakar dan udara untuk menghasilkan nilai efisiensi dari Boiler yang Optimum. Bahan a. Air umpan dari CGS-3 b. Bahan bakar gas (Methane) c. Udara lingkungan d. TDS Solution Standard Alat a. TDS meter b. Sample container (1 sampling glass) c. Oxygen analyzer d. Boiler e. Fuel gas flow meter f. Water flow meter g. Thermometer

h. Pressure gauge i. Flow rate bias j. Fuel gas regulator Penelitian ini dilakukan dengan menvariasikan laju alir volumentrik bahan bakar dan laju alir udara yang dipakai. Parameter terukur a. Persentase oksigen dalam gas buang. b. Temperatur gas buang. c. Temperatur uap. d. Tekanan uap. e. TDS out. f. Temperatur air umpan. g. TDS in. Percobaan 1. Menyiapkan seluruh alat yang 2. dibutuhkan. 2. Menghidupkan boiler yang akan dijadikan objek penelitian sesuai dengan Standard Operating Procedures. 3. Mencatat seluruh data awal dari kinerja boiler setelah beroperasi selama 1 jam sesuai dengan lembar kerja penelitian. 4. Mengatur variasi bukaan regulator fuel gas untuk mengatur variasi pasokan bahan bakar. 5. Mengatur variasi bukaan louver untuk mengatur variasi pasokan udara pembakaran. 6. Mencatat seluruh parameter yang diukur sesuai dengan lembar kerja setelah boiler beroperasi selama 1 jam. 7. Mengulangi langkah no.4 sampai 6 dengan variasi sebagai berikut: a) Jumlah bahan bakar gas 1050 louver70%, 75%, 80%, 85%, dan b) Jumlah bahan bakar gas 1070 louver70%, 75%, 80%, 85%, dan c) Jumlah bahan bakar gas 1090 louver 70%, 75%, 80%, 85%, dan d) Jumlah bahan bakar gas 1110 louver 70%, 75%, 80%, 85%, dan e) Jumlah bahan bakar gas 1130 louver 70%, 75%, 80%, 85%, dan 8. Melakukan analisa perhitungan Keterangan: Sesuai dengan spesifikasi blower, berikut ini adalah Tabel 1 bukaan louver dibandingkan dengan jumlah udara yang dihembuskan. Tabel 1 Perbandingan bukaan louver dan jumlah udara

Jumlah Jumlah Oksigen Bukaan louver udara (21%) (%) 70 10080 2116.8 75 10800 2268 80 11520 2419.2 85 12240 2570.4 90 12960 2721.6 3. Hasil dan Pembahasan Penelitian dilakukan terhadap Steam generator nomor 15 di train 4B. Adapun pemilihan unit tersebut karena SG 15B baru menyelesaikan General Inspection, yaitu Inspeksi Overall dari sebuah Boiler/Steam Generator setiap 2 tahun sekali (sesuai undang-undang uap). Sehingga diharapkan mendapatkan bacaan parameter operasi yang lebih akurat. Berikut hasil pengujian yang didapat dengan pengaturan rate Bahan bakar dan udara dan pengaruhnya terhadap Steam Quality, Excess Oksigen dan thermal Effisiensi. 3.1 Pengaruh Bahan Bakar dan Louver terhadap Steam Quality Nilai steam Quality di atas 70% didapat dengan rate gas 1150-1250 mscfd, dengan bukaan louver 70-90 %. Sementara Steam Quality 73-74 % didapat pada rate gas 1150 mscfd dengan bukaan louver 80% dan rate gas 1200 mscfd dengan bukaan louver 80- Untuk nilai tertinggi terjadi pada rate gas 1200 mscfd dengan bukaan louver 85% dengan nilai Steam Quality 74%. Sehingga dapat disimpulkan bahwa untukkomposisi bahan bakar dan udara yang tepat untuk Steam Quality adalah pada range 1150-1250 dengan bukaan louver 80-90 %. Steam Quality (%) 80 75 70 65 60 55 50 60 70 80 90 100 Bukaan Louver (%) Bahan Bakar Gambar 1 Pengaruh Bahan Bakar dan Louver terhadap Steam Quality 3.2Pengaruh Bahan Bakar dan Louver terhadap Excess O 2 1050 1100 1150 1200 1250

Untuk nilai Excess Oksigen 0.5-2.0 %, tercapai pada kondisi rate gas 1150 mscfd dengan bukaan louver 75-90 % dan rate gas 1200 mscfd dengan bukaan louver 70-90 %, serta rate gas 1250 mscfd dengan bukaan louver 70-90 % ditampilkan pada Gambar 2. Sementara untuk nilai excess oxygen terendah tercapai pada rate gas 1200 mscfd dengan bukaan Louver 85%, yaitu sebesar 1.56%. Excess O 2 (%) 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 60 70 80 90 100 Bukaan Louver (%) Gambar 2 Pengaruh Bahan Bakar dan Louver terhadap Excess Oxygen 3.3Pengaruh Bahan Bakar dan Louver terhadap Thermal Efficiency Bahan Bakar 1050 1100 1150 1200 Dari Gambar 3 menunjukkan nilai thermal Efficiency di atas 80 % terjadi pada rate gas 1100 mscfd dengan bukaan louver 85%, rate gas 1150 mscfd dengan bukaan louver 70-90% dan rate gas 1200 mscfd dengan bukaan louver 70- Sementara puncaknya terjadi pada rate gas 1150 pada bukaan louver 80% yaitu sebesar 88%. 1250 Efficiency (%) 90 88 86 84 82 80 78 76 74 60 70 80 90 100 Bukaan Louver (%) Gambar 3 Pengaruh Bahan Bakar dan Louver terhadap Thermal Effisiensi Dari data-data hasil penelitian dapat ditarik nilai effisiensi di atas 80 % terjadi pada rate gas 1150 1200 mscfd yang mencapai standar Steam Quality 73-74 % dan Excess Oxygen 0.5-2.0 %, dimana puncak nya terdapat pada Rate Gas 1150 dengan bukaan louver 80 % yaitu dengan nilai Effisiensi 88.60 %. Untuk nilai Steam Quality dan Nilai Excess Oxygen terbaik terdapat pada Rate Gas 1200 mscfd dengan bukaan louver 85% yaitu SQ 74.89, Excess Oxygen 1.56, dan Thermal Effisiensi 85.80 % (lihat lampiran table hasil analisa penelitian). Sehingga dapat di simpulkan bahwa kondisi ideal untuk nilai Effisiensi Optimum dengan Standar Steam Quality dan Excess Oxygen pada percobaan ini adalah Pada Rate gas Bahan Bakar 1050 1100 1150 1200 1250 3.4Profil Thermal Efficiency pada Bulan November dan Desember 2013 Setelah didapat Range ideal untuk operasi boiler/ Steam Generator maka di aplikasikan pada satu train Boiler di CSS 4B, untuk melihat trending data dan

membandingkan Perubahan nilai effisiensi sebelum dan setelah Improvement. Berikut perbandingan data Thermal Effisiensi CSS 4B bulan November dan Desember 2013 bakar gas dan udara pada Boiler di CSS 4B, PT CPI, adalah antara 1150 1200 mscfd dengan bukaan louver 80 85 %, dengan tetap menjaga Steam Quality sebesar 73-74 %, excess Oksigen 0.5 2.0 %, untuk menghasilkan effisiensi pembakaran tertinggi 84-88%. Gambar 4 Perbandingan Thermal Effisiensi bulan November dan Desember 2013 Dari Gambar 4 dapat ditarik kesimpulan, bahwa Setelah Di Set Rate gas dalam range 1150 1200 mscfd dengan bukaan louver 80 85 % maka di dapat kenaikan nilai Effisiensi dengan rata-rata 85 % (start improvement 15 desember 2013). 4.5 Profil Excess O 2 pada Bulan Desember 2013 Berikut data Excess Oksigen bulan Desember dalam bentuk Gambar 5. Dari data-data di atas dapat disimpulkan bahwa Thermal Effisiensi pada Boiler dipengaruhi oleh nilai dari Steam Quality dan Excess Oksigen, sehingga diperlukan range yang tepat antara Bahan bakar dan udara untuk mendapatkan Pembakaran yang sempurna (lebih effisien). Dari Penelitian ini didapat bahwa range yang tepat antara bahan Gambar 5 Excess Oksigen Desember 2013 Kesimpulan a. Nilai Effisiensi Pembakaran pada Boiler dipengaruhi oleh Komposisi yang tepat antara bahan bakar dengan udara, pada penelitian ini di dapat Range yang paling effisien untuk Boiler di CSS 4B, PT CPI adalah 1150-1200 mscfd dengan bukaan Louver sebesar 80-85 % untuk meningkatkan effisiensi sebesar rata-rata 84%. b. Pengaturan rate udara yang tepat akan berpengaruh pada Nilai Excess Oksigen, dimana nilai excess oksigen menunjukkan besar nya oksigen yang membawa panas keluar, sehingga mempengaruhi Suhu gas buang pada boiler. Semakin rendah nilai eksess

oksigen (dalam range 0.5 2%) maka akan semakin menurunkan suhu gas buang sehingga tidak banyak oksigen yang membawa keluar panas. c. Nilai Steam Quality di pengaruhi oleh debit air umpan dengan debit bahan bakar. d. Komposisi bahan bakar dan udara yang tepat pada Boiler akan mempengaruhi nilai Thermal Effisiensi, Steam Quality dan Excess Oksigen dimana parameter lain saling keterkaitan. Daftar Pustaka Djokosetyardjo, Ir, M.J, 1993, ketel uap, edisi tiga, penerbit PT Pradnya Paramita, Jakarta. eoff, David, Understanding fuel savings in the boiler room, ASHRAE journal des 2008, California H. Durkin, Thomas,,2006, Boiler System Efficiency, Published in ASHRAE Journal (Vol 48, July, 2006) excess air for fuel oil / gas-fired steam boilers, Soul. Pratama, derry hanriansyah, 2009, Analisa Effisiensi Boiler, Penelitian, Duri.ziddin,Syaiful dkk, 2010, Module 6 steam generator: Operator and technician certification, PT Chevron Pacific Indonesia, Duri. Heselton, Kenneth, 2005 Boiler operator s handbook, Fairmont press inc. http//id.wikipedia.org/wiki/methane, 08 Februari 2014 http://asepsaiba.wordpress.com/2008/04/21/n ilai-kalori-gas-bumi/, 08 Februari 2014 Kuprianov, Vladimir I., 1999, Journal of Research Cost based optimization of